Сжимаемость измеряет изменение объема при приложении давления. Обычно сжимаемость всегда положительна. Но большее давление приводит к меньшему объему. Представьте себе резиновый мяч: чем больше вы на него нажимаете, тем сильнее он сжимает.
Это происходит потому, что расстояние между атомами резинового мяча уменьшается, когда вы прикладываете давление. То же самое и с твердыми предметами, такими как стол. Хотя вы не можете этого ощутить, если вы надавите на стол, вы фактически заставите его стать немного тоньше.
С другой стороны, в условиях нулевой сжимаемости, даже если вы увеличите приложенное давление, вы не сможете изменить объем. Константинов и его сотрудники заинтересованы в изучении этих любопытных состояний и обнаружили, что при определенных условиях сжимаемость электронов становится нулевой.Команда изучает электроны, выброшенные из вольфрамовой нити и захваченные на поверхности жидкого гелия при чрезвычайно низких температурах.
Гелий был выбран потому, что это единственная известная квантовая жидкость: он становится жидким при низких температурах и остается жидким даже при нуле Кельвина. Более того, он не содержит примесей и может образовывать очень гладкую поверхность с крошечной рябью менее 1 Ангстрема, что сравнимо с размером атома гелия. В трехмерном пространстве частицы обычно могут двигаться во всех направлениях, но при низких температурах система захваченных электронов может быть упрощена до двухмерной конфигурации, и ученые могут сосредоточиться на двумерном движении электронов на поверхности слоя гелия.
Выше и ниже двумерного слоя гелия расположены два кольцевых электрода с колеблющимся электрическим потенциалом. Приложение осциллирующего потенциала эквивалентно приложению силы, то есть давления, к электронам.
Команда измерила плотность электронов, которая связана с расстоянием между электронами в определенных условиях магнитного поля и микроволновых частот, и обнаружила, что расстояние между электронами не меняется, а это означает, что их сжимаемость равна нулю.Та же экспериментальная установка приводит также к другому интригующему явлению — нулевому сопротивлению. Нулевое сопротивление также очень редко встречается в природе и указывает на то, что если вы приложите электрический ток, он может бесконечно протекать внутри материала. «Каждый раз, когда вы наблюдаете нулевое сопротивление, это очень большая проблема для физики. Вы всегда ожидаете увидеть некоторую диссипацию или трение в природе, но если вы обнаружите, что что-то движется с нулевым сопротивлением, то без диссипации, без трения, вы хотите понять что происходит.
Это как если бы вы толкнули объект, и он будет двигаться и двигаться вечно, не останавливаясь: это очень необычно! " — поясняет Константинов. Научное сообщество все еще ищет объяснение этим необычным явлениям. «Мы не знаем, как движутся электроны, чтобы достичь состояния нулевой сжимаемости и нулевого сопротивления.
Это уникальное состояние природы», — подчеркивает Константинов.